Aktuelles zum Wettergeschehen

Im Vorfeld einer Kaltfront ist sehr warme und labil geschichtete Luft zum Alpenraum geflossen. Im Laufe des Nachmittags kam im Flachland in den unteren Luftschichten Nordwestwind auf, der die gewitterträchtige Luft an den Alpennordhang presste und dort zum Aufsteigen zwang. Die ersten isolierten Gewitter bildeten sich am frühen Nachmittag im Berner Oberland und in der Folge weitete sich die Gewitteraktivität auf den gesamten zentralen und östlichen Alpennordhang, die angrenzenden Voralpengebiete sowie Nordbünden aus. Abbildung 1 zeigt die Hagelzüge der einzelnen Gewitterzellen, Abbildung 2 zeigt zusammenfassend die während der aktivsten Gewitterphase georteten Blitze. Die stärksten Gewitter erfassten die Gebiete Brünig-Lungern, Wädenswil-Rüti-Wald-Ricken, Weggis-Ägeri-Einsiedeln, Root-Küssnacht a. Rigi, Krummenau-Urnäsch-Oberriet. Die Niederschlagsintensitäten waren kurzzeitig und lokal intensiv, aber nicht sehr ergiebig, weil die Gewitter schnell weiterzogen. Die stärksten Böen wurden in den Niederungen in Brienz, Meiringen und Quinten sowie auf dem Säntis mit 70 bis 80 km/h registriert.

Um die Labilität der vorhanden Luftmasse und damit deren Gewitterpotential abzuschätzen dienen z.B. Temperatur- und Feuchteprofile von Radiosonden-Aufstiegen als bewährtes Hilfsmittel. Die Messungen werden üblicherweise in sogenannten Emagrammen dargestellt, wie am Beispiel der 12 UTC Sondierung von Payerne in Abbildung 3 gezeigt. Das Emagramm hat die spezielle Eigenschaft, dass Flächen Energiebeträgen entsprechen. Nun denkt man sich hypothetisch ein aufsteigendes Luftpaket und trägt die antizipierten Temperatur- und Feuchtekurven (Taupunkt als Feuchtemass) im Diagramm ein. In den unteren Luftschichten (gestrichelte blaue Linie) steigt die Luft in einem Aufwind trocken, d.h. ohne Wolkenbildung auf und kühlt sich dabei mit rund 1 Grad pro 100 Höhenmeter ab. Sobald Kondensation einsetzt wird durch den Phasenübergang des Wassers von der Dampf- in die Flüssigphase Wärme frei. Die Luft kühlt sich beim weiteren Aufstieg nur noch mit rund 0.4 bis 0.6 Grad pro 100 Höhenmeter ab (durchgezogene Linie). Im rot eingefärbten Bereich ist die aufsteigende Luft wärmer als die umgebende Luft. Sie erfährt Auftrieb und steigt – ähnlich einem Heissluftballon – ohne Hinderung weiter auf, bis sie wieder in wärmere Umgebungsluft stösst und die Auftriebskraft versiegt (Tropopause, Stratosphäre, in Abbildung 3 oberhalb von rund 250 hPa oder 11 km Höhe). Den roten Bereich des Diagrammes nennt man „potentiell verfügbare Energie“ (engl. Convective Available Potential Energy, CAPE). Dieser Energiebetrag kann, unter vereinfachenden Annahmen, innerhalb eines Gewitters in kinetische Energie (Aufwindstärke) umgewandelt werden, wenn eine Gewitterwolke in die entsprechenden Höhen aufsteigen und die Energie „anzapfen“ kann. Dieser Energiebetrag ist eine mögliche Grösse, um die Intensität von Gewittern abzuschätzen. Moderne Computermodelle ermöglichen eine flächige Vorhersage dieses Parameters und erlauben es, auch kleinräumige Unterschiede im Gewitterpotential abzuschätzen (Abbildung 4).

Die mässig feuchte sowie noch zu wenig aufgeheizte Luft in den unteren Schichten verhinderte während des Vormittags und frühen Nachmittags zunächst noch die Bildung von Gewitterzellen. Trockene Thermikblasen und erste Quellwolken stiegen zunächst nur bis auf maximal 3000 Meter Höhe, wo eine stabile Luftschicht das weitere Ansteigen verhinderte (Inversion, auf 700 hPa in Abbildung 3). Die weitere Aufheizung am Boden sorgte für eine kontinuierliche Labilisierung der Luftmasse: so wurde z.B. in Davos mit einer Höchsttemperatur von 27.2 Grad das zweithöchste Junimaximum seit Messbeginn registriert. Der im Flachland aufkommende Nordwestwind unterhalb von 2000 Metern (Abbildung 5) presste die labile Luft längs des Alpenrandes mehr und mehr an das ansteigende Gelände und hob sie dort an (siehe dazu auch Abbildung 2). Er lieferte den entscheidenden zusätzlichen Impuls für die Aufwinde, um die stabile Schicht (den „Deckel“) zu durchstossen und in die weiter oben liegenden, labileren Luftschichten aufzusteigen. In der zweiten Nachmittagshälfte und am Abend konnten sich in der Folge mehrere Gewitterzellen bilden, intensivieren und mit den südwestlichen Höhenwinden verlagern. Im rechten Teil der Abbildung 3 sowie in Abbildung 5 sind Vertikalprofile der Windrichtung und -geschwindigkeit dargestellt. Dabei sticht die markante Windzunahme auf knapp 50 Knoten (etwa 90 km/h) vom Boden bis in eine Höhe von gut 5 km (500hPa) ins Auge. Derart ausgeprägte vertikale Windscherungen begünstigen die Bildung von Hagel im inneren der Gewitterzellen. Es entstehen komplexe Auf- und Abwindsysteme, welche die Niederschlagspartikel in der Gewitterwolke zirkulieren und damit anwachsen lassen (Abbildung 6).

Genauso komplex wie ihre Entschehungsgeschichte ist auch die strukturelle Vielfalt der Hagelkörner, welche in Gewitterzellen produziert werden. Mögliche Ausprägungen sind beispielhaft in den Abbildungen 7 und 8 dokumentiert. Am Anfang des Lebenszyklus eines Hagelkorns steht ein mehr oder weniger grosser Wolkentropfen, der gefriert und einen sogenannten Embryo bildet. Ein solches „Urkorn“ kann entweder rasch ausfallen oder - in starken und langlebigen Gewittern - mehrmals durch Auf- und Abwindbereiche zirkulieren. Dabei kann es weitere, gefrierende Wassertropfen oder sogar andere Hagel- oder Graupelteilchen anlagern und dabei an Grösse und Gewicht zunehmen. Häufig zeigen solche Hagelkörner einen schalenartigen Aufbau ähnlich einer Zwiebel, teils mit unterschiedlichem Gehalt an eingeschlossenen Luftblasen (weissliche Trübung). Abbildung 7 zeigt zwei Hagelkörner mit deutlich unterschiedlicher Färbung, welche kurz nach 18 Uhr Lokalzeit aus der Gewitterzelle bei Rüti im Zürcher Oberland fielen. Das Radarbild (Abbildung 9) bestätigt die Intensität des Gewitters zum entsprechenden Zeitpunkt: es weist Niederschlagsintensitäten der höchsten Stufe bis in grosse Höhen auf (die obersten Pixel entsprechen einer Höhe von 12 km). Im Seitenriss am oberen Bildrand ist eine leichte Ostneigung des Bereiches mit den höchsten Intensitäten festzustellen: ein Indiz für eine kräftige Aufwindzone. Diese vermochte die Hagelkörner in grosser Höhe im Schweb zu halten, wo sie wachsen konnten und vom Höhenwind ostwärts auf die Vorderseite des Gewitters verfrachtet wurden um dort schliesslich auszufallen.

In Rüti fiel weiter auf, dass in der Anfangsphase des Hagelschlags viele grosse Körner auftraten und gegen Ende hin kleinere Körner dominierten. Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung basiert auf den höheren Fallgeschwindigkeiten der grösseren, schwereren Hagelkörnern. Diese fallen rascher aus den oberen Teilen der Gewitterwolke aus als kleinere Körner. Sie treffen auf dem Weg zum Boden erst noch auf ein reichhaltigeres Angebot an Wolkenwasser-Tröpfchen (dadurch weiteres Anwachsen durch Anfrieren dieses Flüssigwassers), als die nachfolgenden kleineren Körner. Man nennt diesen Prozess, bei dem der Wolke Wasser entzogen und zu Gunsten grossen Hagels am Boden deponiert wird „unfairen Wettbewerb“ (engl. unfair competition) zwischen verschieden grossen Hagelkörnern.